CN113196458A - 氧化镓膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种氧化镓膜的制造方法，其为使用载气搬运将原料溶液雾化或液滴化而生成的雾，并加热所述雾，使所述雾在基体上进行热反应从而进行成膜的氧化镓膜的制造方法，其中，使用至少包含氯化物离子与镓离子的原料溶液作为所述原料溶液，将加热所述雾的时间设为0.002秒以上6秒以下。由此，可提供一种低成本且成膜速度优异的α‑氧化镓膜的制造方法。

Description

氧化镓膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用雾状的原料在基体上制造氧化镓膜的方法。
背景技术
以往，开发了一种可实现脉冲激光沉积法(Pulsed laser deposition：PLD)、分子束外延法(Molecular beam epitaxy：MBE)、溅射法等的非平衡状态的高真空成膜装置，可制作通过迄今为止的熔液法等无法制作的氧化物半导体。此外，开发了一种使用经雾化的雾状的原料，使其在基板上进行晶体生长的雾化化学气相沉积法(Mist Chemical VaporDeposition：Mist CVD；以下，也称为“雾化CVD法”)，可制作具有刚玉结构的氧化镓(有时也记作α-氧化镓、α-Ga2O3)。α-氧化镓作为带隙较大的半导体，其在可实现高耐压、低损耗及高耐热的下一代的开关元件中的应用备受期待。
关于雾化CVD法，专利文献1中记载了一种管式炉型的雾化CVD装置。专利文献2中记载了一种细通道型的雾化CVD装置。专利文献3中记载了一种线性源(linear source)型的雾化CVD装置。专利文献4中记载了一种管式炉的雾化CVD装置，其与专利文献1中记载的雾化CVD装置的区别在于，向雾生成器内导入载气这一点。专利文献5中记载了一种雾化CVD装置，其为在雾生成器的上方设置基板，进一步在电热板上具备基座(susceptor)的旋转台。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-257337号公报
专利文献2：日本特开2005-307238号公报
专利文献3：日本特开2012-46772号公报
专利文献4：日本专利第5397794号
专利文献5：日本特开2014-63973号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
雾化CVD法与其他CVD法不同，不需要高温，也可制造α-氧化镓的刚玉结构那样的亚稳相的晶体结构。α-氧化镓的制作中，使用乙酰丙酮镓或溴化镓、碘化镓等作为镓源。这种材料比较昂贵，此外，供给的稳定性也没有保障。从这些角度出发，氯化镓或者用盐酸溶解金属镓而成的溶液为便宜的材料，且可期待材料的稳定供给，因此为用于雾化CVD法的材料的选项之一。
然而，本申请的发明人使用包含氯化镓或盐酸的材料进行了研究，结果发现，与使用如上所述的材料的情况相比，存在成膜速度显著降低的问题。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于在雾化CVD法中，提供一种低成本且成膜速度优异的α-氧化镓膜的制造方法。
解决技术问题的技术手段
本发明为了达成上述目的而完成，提供一种氧化镓膜的制造方法，其为使用载气搬运将原料溶液雾化或液滴化而生成的雾，并加热所述雾，使所述雾在基体上进行热反应从而进行成膜的氧化镓膜的制造方法，其中，使用至少包含氯化物离子与镓离子的原料溶液作为所述原料溶液，将加热所述雾的时间设为0.002秒以上6秒以下。
根据上述氧化镓膜的制造方法，可改善成膜速度降低的问题，并可以以低成本制造氧化镓膜。
此时，可为将加热所述雾的时间设为0.02秒以上0.5秒以下的氧化镓膜的制造方法。
由此，可稳定地使成膜速度更快。
此时，可为将加热所述雾的时间设为0.07秒以上0.3秒以下的氧化镓膜的制造方法。
由此，可更稳定地使成膜速度更快。
此时，可为将使所述雾进行热反应的所述基体的加热温度设为100℃以上600℃以下的氧化镓膜的制造方法。
由此，可更确实地以低成本将氧化镓膜成膜。
此时，可为使用板状且进行成膜的面的面积为100mm2以上的基体作为所述基体的氧化镓膜的制造方法。
由此，可以以低成本得到大面积的氧化镓膜。
发明效果
如上所述，根据本发明的氧化镓膜的制造方法，可改善成膜速度的降低，并可以以低成本制造氧化镓半导体膜。
附图说明
图1为示出本发明的成膜方法中使用的成膜装置的一个实例的概略构成图。
图2为对成膜装置中的雾化部的一个实例进行说明的图。
图3为示出雾加热区域的图。
图4为示出载气流量Q与成膜速度的关系的图。
图5为示出雾的加热时间T与成膜速度的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于此。
如上所述，在雾化CVD法中，谋求一种低成本且成膜速度优异的α-氧化镓膜的制造方法。
本申请的发明人对上述技术问题反复进行了深入研究，结果发现，根据一种氧化镓膜的制造方法，可改善成膜速度降低的问题，并可以以低成本制造氧化镓膜，从而完成了本发明。所述制造方法为使用载气搬运将原料溶液雾化或液滴化而生成的雾，并加热所述雾，使所述雾在基体上进行热反应从而进行成膜的氧化镓膜的制造方法，其中，使用至少包含氯化物离子与镓离子的原料溶液作为所述原料溶液，将加热所述雾的时间设为0.002秒以上6秒以下。
其中，本发明中所谓的雾(mist)是指分散于气体中的液体微粒的总称，包含被称为雾、液滴等的物质。
以下，参照附图进行说明。
图1中示出了本发明的氧化镓膜的制造方法中可使用的成膜装置101的一个实例。成膜装置101具有将原料溶液雾化从而产生雾的雾化部120、供给搬运雾的载气的载气供给部130、对雾进行热处理从而在基体上进行成膜的成膜部140、及连接雾化部120与成膜部140并通过载气搬运雾的搬运部109。此外，成膜装置101具备控制成膜装置101的整体或一部分的控制部(未图示)，因此可控制成膜装置101的运作。
(原料溶液)
本发明的特征之一在于，用于氧化镓膜的制造的原料至少包含镓离子及氯化物离子。这种材料便宜，供给的稳定性也优异。
原料溶液104a只要至少包含镓离子及氯化物离子，则没有特别限定。即，除了镓以外，例如也可包含选自铁、铟、铝、钒、钛、铬、铑、铱、镍及钴中的一种或两种以上的金属离子。
所述原料溶液104a只要可将上述金属雾化则没有特别限定，作为所述原料溶液104a，可适当地使用将所述金属以络合物或盐的形态溶解或分散于水中而成的溶液。作为络合物的形态，例如可列举出乙酰丙酮化物络合物、羰基络合物、胺络合物、氢化物络合物等。作为盐的形态，例如可列举出氯化金属盐、溴化金属盐、碘化金属盐等。此外，也可以以盐的水溶液的形式使用将上述金属溶解于氢溴酸、盐酸、氢碘酸等而成的溶液。
此外，可向所述原料溶液104a中混合酸。作为所述酸，例如可列举出氢溴酸、盐酸、氢碘酸等卤化氢、次氯酸、亚氯酸、次溴酸、亚溴酸、次碘酸、碘酸等卤素含氧酸(halogenoxoacid)、甲酸等羧酸、硝酸等。
使用盐酸或氯化镓以外的材料时，如上所述，必须至少混合盐酸，从而使镓离子及氯化物离子存在。从成本的角度出发，最优选将金属镓溶解于盐酸而成的溶液或氯化镓水溶液。
另外，为了控制氧化镓膜的电特性，所述原料溶液中也可包含掺杂剂。由此，氧化镓膜易于用作半导体膜。所述掺杂剂没有特别限定。例如，可列举出锡、锗、硅、钛、锆、钒或铌等n型掺杂剂、或者铜、银、锡、铱、铑等p型掺杂剂等。掺杂剂的浓度例如可以为约1×1016/cm3～1×1022/cm3，可以为约1×1017/cm3以下的低浓度，也可以为约1×1020/cm3以上的高浓度。
(雾化部)
雾化部120中，通过将所述原料溶液104a雾化从而产生雾。只要可将原料溶液104a雾化，则对雾化手段没有特别限定，可以为公知的雾化手段，但优选使用基于超声波振动的雾化手段。原因在于可更稳定地进行雾化。
将上述雾化部120的一个实例示于图2。例如，可包含收纳原料溶液104a的雾生成源104、装有可传递超声波振动的媒介例如水105a的容器105、及安装于容器105的底面的超声波振动子106。详细而言，使用支撑体(未图示)，将由收纳有原料溶液104a的容器组成的雾生成源104收纳至收纳水105a的容器105。在容器105的底部配置有超声波振动子106，连接有超声波振动子106与振荡器116。而且，以下述方式构成：使振荡器116运作时，超声波振动子106振动，超声波介由水105a而传播至雾生成源104内，原料溶液104a雾化。
(搬运部)
搬运部109连接雾化部120与成膜部140。介由搬运部109，通过载气将雾从雾化部120的雾生成源104搬运至成膜部140的成膜室107。搬运部109例如可设为供给管109a。作为供给管109a，例如可使用石英管或树脂制的管等。
(成膜部)
成膜部140中，通过将雾加热并发生热反应，从而在基体110的表面的一部分或全部进行成膜。成膜部140例如具备成膜室107，在成膜室107内设置有基体110，可具备用于加热该基体110的电热板108。电热板108可以如图1所示地设置于成膜室107的外部，也可以设置于成膜室107的内部。此外，成膜室107中，可在不对向基体110供给雾造成影响的位置设置废气的排气口112。此外，在本发明中，可以将基体110设置于成膜室107的上表面等而使其面朝下，也可以将基体110设置于成膜室107的底面而使其面朝上。
关于热反应，只要可通过加热使雾反应，则对反应条件等也没有特别限定。可根据原料等适当设定。通过利用电热板108将基体110加热，可加热存在于基体110附近的雾。通过以此方式进行，可以容易地将雾加热而不必设置复杂的加热机构。此外，如后文所述，这种加热方法容易控制加热雾的时间。
基体110的加热温度优选设为100～600℃的范围。若为上述温度范围，则可更确实地加热至雾进行热反应的温度，可以以低成本将氧化镓膜成膜。优选为200℃～600℃的范围，进一步优选设为300℃～550℃的范围。
热反应可在真空下、非氧氛围下、还原气体氛围下、空气氛围下及氧氛围下的任意氛围下进行，根据成膜物适当设定即可。此外，关于反应压力，可在大气压下、加压下或减压下的任意条件下进行，但若为在大气压下的成膜，则可简化装置构成，故而优选。
(基体)
基体110只要可成膜且可支撑膜，则没有特别限定。所述基体110的材料也没有特别限定，可使用公知的基体，可以为有机化合物，也可以为无机化合物。例如，可列举出聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、氟树脂、铁或铝、不锈钢、金等金属、硅、蓝宝石、石英、玻璃、氧化镓等，但并不限定于此。作为所述基体的形状，可以为任意的形状，对所有的形状有效，例如可列举出平板或圆板等板状、纤维状、棒状、圆柱状、棱柱状、筒状、螺旋状、球状、环状等，本发明中，优选板状的基体。板状的基体的厚度没有特别限定，但优选为10～2000μm，更优选为50～800μm。基体为板状时，进行成膜的面的面积优选为100mm2以上。更优选口径为2英寸(50mm)以上。通过使用这种基体，可以以低成本得到大面积的α-氧化镓膜。进行成膜的面的面积的上限没有特别限定，例如，可以设为71000mm2以下。
(载气供给部)
载气供给部130可以具有供给载气的载气源102a，并具备用于调节从载气源102a中送出的载气(以下，称为“主载气”)的流量的流量调节阀103a。此外，也可根据需要具备供给稀释用载气的稀释用载气源102b、用于调节从稀释用载气源102b中送出的稀释用载气的流量的流量调节阀103b。
载气的种类没有特别限定，可根据成膜物适当选择。例如，可列举出氧气、臭氧、氮气或氩气等非活性气体、或者氢气、合成气体(forming gas)等还原气体等。此外，载气的种类可以为一种，也可以为两种以上。例如，可以进一步将利用除第一载气以外的气体稀释(例如，稀释为10倍)与第一载气相同的气体而成的稀释气体等用作第二载气，也可使用空气。此外，载气的供给位置不仅可以为1个位置，也可以为2个位置以上。
在本说明书中，载气的流量Q是指所使用的载气的总流量。上述的实例中，将从载气源102a中送出的主载气的流量、与从稀释用载气源102b中送出的稀释用载气的流量的总流量作为载气的流量Q。
(成膜方法)
接着，参照图1对本发明的氧化镓膜的制造方法的一个实例进行说明
首先，将原料溶液104a收纳于雾化部120的雾生成源104内，将基体110直接设置在电热板108上或者介由成膜室107的壁设置在电热板108上，并使电热板108运作。
接着，打开流量调节阀103a、103b，将载气从载气源102a、102b中供给至成膜室107内，利用载气充分置换成膜室107的氛围，同时分别对主载气的流量与稀释用载气的流量进行调节，从而控制载气的流量Q。
在产生雾的工序中，使超声波振动子106振动，使该振动通过水105a传播至原料溶液104a，由此使原料溶液104a雾化从而生成雾。接着，在利用载气搬运雾的工序中，通过载气将雾从雾化部120经过搬运部109而搬运至成膜部140，并导入成膜室107内。在进行成膜的工序中，已导入至成膜室107内的雾在成膜室107内通过电热板108的热而被热处理并进行热反应，从而在基体110上成膜。
此处，对调查加热雾的时间T与氧化镓膜的成膜速度的关系而得到的结果进行说明。
如在关于热反应的说明中所述，认为雾的加热在成膜室107内的包括加热面的空间发生。以下，将该空间称为“雾加热区域”。图3的(a)～(e)中示出了成膜部140中的成膜室107的结构的具体例。另外，图3中省略了基体。如图3所示，成膜室107内加热面沿铅垂方向伸展的空间(斜线所示的区域)为雾加热区域500。图3的(a)、(c)、(e)是成膜室107内的一部分区域为雾加热区域500的实例，图3的(b)、(d)是成膜室107内的全部区域为雾加热区域500的实例。
通过调节载气的流量Q，可调节作为成膜原料的雾滞留于所述雾加热区域500的时间。由于雾在滞留于雾加热区域500期间被加热，因此加热雾的时间T等于雾滞留于雾加热区域500的时间。即，将雾加热区域500的体积设为V时，相当于上述滞留时间的V÷Q相当于加热雾的时间T(T＝V/Q)。
首先，使用高度不同的成膜室对载气流量Q与成膜速度的关系进行调查。将成膜室的高度设为0.5cm、0.09cm、0.9cm这三种，电热板的传热面积是共通的、均为113cm2。即，雾加热区域的体积V分别为57cm3、10cm3、102cm3。
图4中示出了载气流量Q与成膜速度的关系。横轴为载气流量Q(L/分钟)，纵轴为成膜速度(μm/小时)。如图例所示，各曲线图对应于雾加热区域的体积V(57cm3、10cm3、102cm3)。根据图4可知，无论成膜室的高度(雾加热区域的体积)如何，成膜速度分布均具有最大的峰，均存在成膜速度相对于载气流量Q变高的条件。
使用该结果，算出雾在雾加热区域500中的滞留时间(雾加热区域500的体积V÷载气流量Q)，即算出加热雾的时间T，将以加热雾的时间T(秒)为横轴的曲线图示于图5。如图例所示，各曲线图对应于雾加热区域的体积V(57cm3、10cm3、102cm3)。如图5所示，发现：若将加热雾的时间T设为0.002秒以上6秒以下，则即使在以至少包含镓离子及氯化物离子的溶液为原料的情况下，也可以以较快的成膜速度进行氧化镓膜的制造。
认为：若加热雾的时间T过短(小于0.002秒)，则雾会在反应前被放出至炉外，相反，若加热雾的时间T过长(大于6秒)，则会在炉内进行雾的反应(蒸发)，无法在基板上引起反应。
卤化物的水溶液与水形成共沸混合物。其中，与溴化物或碘化物相比，氯化物的共沸温度较低。因此，可解释为：与溴化物或碘化物相比，雾的蒸发较快(即氯化物容易蒸发)，在与使用现有材料的情况同等的条件下，成膜速度显著降低。加热雾的时间T优选为0.02秒以上0.5秒以下，更优选为0.07秒以上0.3秒以下。
实施例
以下，举出实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受其限定。
(实施例1)
基于上述的调查结果，进行具有刚玉结构的氧化镓(α-氧化镓)的成膜。
首先，制备氯化镓0.1mol/L的水溶液，并将其作为原料溶液104a。将该原料溶液104a收纳于雾生成源104内。接着，将作为基体110的4英寸(直径100mm)的c面蓝宝石基板以与电热板108邻接的方式设置在成膜室107内。使电热板108运作从而将温度升温至500℃。电热板108的传热面积为113cm2，成膜室内的高度为0.5cm，因此雾加热区域500的体积为57cm3。
接着，打开流量调节阀103a、103b，将作为载气的氧气从载气源102a、102b供给至成膜室107内，利用载气充分置换成膜室107的氛围。然后，将主载气的流量调节为0.4L/分钟，将稀释用载气的流量调节为16L/分钟，将载气流量Q调节为16.4L/分钟。此时的加热雾的时间为0.21秒。
接着，使超声波振动子106以2.4MHz振动，使该振动通过水105a传播至原料溶液104a，由此使原料溶液104a雾化从而生成雾。将该雾通过载气并经过供给管109a而导入成膜室107内。然后，在大气压下，以500℃的条件，在成膜室107内使雾进行热反应，从而在基体110上形成α-氧化镓的薄膜。成膜时间为30分钟。
对于所得到的基体110上的薄膜，使用干涉测厚仪测定膜厚。将测定位置设为基体110的面内的17个点，算出平均值，并得到平均膜厚。将用得到的平均膜厚除以成膜时间30分钟而得到的值作为成膜速度。
此外，对所得到的α-氧化镓的薄膜进行X射线衍射测定，并评价结晶性。具体而言，测定α-氧化镓的(0006)面衍射峰的摇摆曲线，并求出其半峰全宽。
(比较例1)
通过将稀释用载气的流量设为0L/分钟、将载气流量Q设为0.4L/分钟，从而将加热雾的时间设为8.55秒，除此以外，利用与实施例1相同的条件进行成膜、评价。
(实施例2)
使用电热板108的传热面积仍为113cm2、成膜室内的高度为0.09cm(雾加热区域的体积＝10cm3)的成膜室。此外，将主载气的流量调节为0.08L/分钟，将稀释用载气的流量调节为2.82L/分钟，将载气流量Q调节为2.9L/分钟。此时的加热雾的时间为0.21秒。除此以外，利用与实施例1相同的条件进行成膜、评价。
(比较例2)
通过将稀释用载气的流量设为0L/分钟、将载气流量Q设为0.08L/分钟，从而将加热雾的时间设为7.50秒，除此以外，利用与实施例2相同的条件进行成膜、评价。
(实施例3)
使用电热板108的传热面积仍为113cm2、成膜室内的高度为0.9cm(雾加热区域的体积＝102cm3)的成膜室。此外，将主载气的流量调节为0.8L/分钟，将稀释用载气的流量调节为28.7L/分钟，将载气流量Q调节为29.5L/分钟。此时的加热雾的时间为0.21秒。除此以外，利用与实施例1、2相同的条件进行成膜、评价。
(比较例3)
通过将稀释用载气的流量设为0L/分钟、将载气流量Q设为0.8L/分钟，从而将加热雾的时间设为7.65秒，除此以外，利用与实施例3相同的条件进行成膜、评价。
将实施例1-3、比较例1-3的评价结果示于表1。可知与比较例1-3相比，实施例1-3的成膜速度显著较高。
此外可知，实施例1-3的半峰全宽均比比较例1-3小，结晶性得以大幅改善。认为：若加热雾的时间如比较例1-3那样长，则雾中的水分在到达设置于炉内的基体前蒸发，形成粉体，该粉体附着于基体而使结晶性变差。通过缩短加热雾的时间，如上所述的粉体的形成得以抑制，可形成结晶性良好的α-氧化镓。
[表1]
Figure BDA0003115511610000111
另外，本发明并不限定于上述实施方案。上述实施方案为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成、起到相同作用效果的技术方案均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种氧化镓膜的制造方法，其为使用载气搬运将原料溶液雾化或液滴化而生成的雾，并加热所述雾，使所述雾在基体上进行热反应从而进行成膜的氧化镓膜的制造方法，其特征在于，
使用至少包含氯化物离子与镓离子的原料溶液作为所述原料溶液，
将加热所述雾的时间设为0.002秒以上6秒以下。
2.根据权利要求1所述的氧化镓膜的制造方法，其特征在于，将加热所述雾的时间设为0.02秒以上0.5秒以下。
3.根据权利要求1或2所述的氧化镓膜的制造方法，其特征在于，将加热所述雾的时间设为0.07秒以上0.3秒以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氧化镓膜的制造方法，其特征在于，将使所述雾进行热反应的所述基体的加热温度设为100℃以上600℃以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氧化镓膜的制造方法，其特征在于，使用板状且进行成膜的面的面积为100mm2以上的基体作为所述基体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112601839A (zh) * 2018-08-27 2021-04-02 信越化学工业株式会社 成膜方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6934852B2 (ja) * 2018-12-18 2021-09-15 信越化学工業株式会社 酸化ガリウム膜の製造方法
JP2022093208A (ja) * 2020-12-12 2022-06-23 高知県公立大学法人 Ｇａ２Ｏ３薄膜の製造方法
CN113088926B (zh) * 2021-03-12 2022-10-21 江苏师范大学 一种通过磁场控制α-Ga2O3掺杂浓度的薄膜沉积系统及方法
WO2023062889A1 (ja) * 2021-10-14 2023-04-20 信越化学工業株式会社 成膜装置及び製造方法
CN118235232A (zh) * 2021-11-02 2024-06-21 信越化学工业株式会社 成膜装置及成膜方法以及氧化物半导体膜及层叠体
WO2023149037A1 (ja) * 2022-02-04 2023-08-10 株式会社村田製作所 ミストｃｖｄ成膜装置及び成膜方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013028480A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Kochi Univ Of Technology ドーパントを添加した結晶性の高い導電性α型酸化ガリウム薄膜およびその生成方法
CN105986246A (zh) * 2015-01-29 2016-10-05 Flosfia株式会社 成膜装置和成膜方法
CN107068773A (zh) * 2015-12-18 2017-08-18 Flosfia株式会社 半导体装置
WO2018004009A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 株式会社Flosfia ｐ型酸化物半導体及びその製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2671367B2 (ja) 1988-04-06 1997-10-29 富士通株式会社 気相エピタキシャル成長装置
JP2004224675A (ja) * 2003-01-27 2004-08-12 Fuji Photo Film Co Ltd １３族窒化物半導体ナノ粒子の製造方法
JP5124760B2 (ja) 2004-04-19 2013-01-23 静雄 藤田 成膜方法及び成膜装置
US7390704B2 (en) * 2004-06-16 2008-06-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser process apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device
JP5575482B2 (ja) * 2006-11-22 2014-08-20 ソイテック 単結晶ｉｉｉ−ｖ族半導体材料のエピタキシャル堆積法、及び堆積システム
JP2012046772A (ja) 2010-08-24 2012-03-08 Sharp Corp ミストｃｖｄ装置及びミスト発生方法
JP6137668B2 (ja) 2012-08-26 2017-05-31 国立大学法人 熊本大学 酸化亜鉛結晶層の製造方法及びミスト化学気相成長装置
JP5397794B1 (ja) 2013-06-04 2014-01-22 Ｒｏｃａ株式会社 酸化物結晶薄膜の製造方法
JP2016051824A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 高知県公立大学法人 エピタキシャル成長方法および成長装置ならびに量子井戸構造の作製方法
JP2016126988A (ja) * 2015-01-08 2016-07-11 株式会社Flosfia 透明導電膜および積層構造体
JP6547225B2 (ja) * 2015-02-06 2019-07-24 高知県公立大学法人 膜厚算出方法、成膜装置およびプログラム
JP6876895B2 (ja) * 2015-02-25 2021-05-26 株式会社Flosfia 結晶性酸化物半導体膜、半導体装置
JP6620328B2 (ja) * 2015-09-08 2019-12-18 株式会社Flosfia 深紫外光発生用ターゲット、深紫外光源および深紫外発光素子
JP6945121B2 (ja) * 2015-09-30 2021-10-06 株式会社Flosfia 結晶性半導体膜および半導体装置
JP6732201B2 (ja) * 2015-11-11 2020-07-29 国立大学法人京都工芸繊維大学 発光素子
US10804362B2 (en) * 2016-08-31 2020-10-13 Flosfia Inc. Crystalline oxide semiconductor film, crystalline oxide semiconductor device, and crystalline oxide semiconductor system
JP6793942B2 (ja) * 2016-11-01 2020-12-02 国立大学法人 和歌山大学 酸化ガリウムの製造方法及び結晶成長装置
JP6934852B2 (ja) * 2018-12-18 2021-09-15 信越化学工業株式会社 酸化ガリウム膜の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013028480A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Kochi Univ Of Technology ドーパントを添加した結晶性の高い導電性α型酸化ガリウム薄膜およびその生成方法
CN105986246A (zh) * 2015-01-29 2016-10-05 Flosfia株式会社 成膜装置和成膜方法
CN107068773A (zh) * 2015-12-18 2017-08-18 Flosfia株式会社 半导体装置
WO2018004009A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 株式会社Flosfia ｐ型酸化物半導体及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112601839A (zh) * 2018-08-27 2021-04-02 信越化学工业株式会社 成膜方法

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